煤礦瓦斯抽放管道安裝施工方法比較分析

鄭金平（長治三元中能煤業(yè)有限公司，山西 長治 046600）

煤礦瓦斯抽放管道安裝施工方法比較分析

鄭金平
（長治三元中能煤業(yè)有限公司，山西 長治 046600）

煤礦井下通往地面的瓦斯抽采豎管安裝施工方法的選擇對瓦斯抽采管路的安全可靠性及成本具有重要影響。結(jié)合長治三元中能煤業(yè)和山西三元煤業(yè)兩對礦井瓦斯抽采管道安裝工程實踐，對鉆井下管方法和回風立井安裝管道方法的施工進度、成本、工藝、可靠性等方面參數(shù)進行了對比分析，指出了兩種施工方法的優(yōu)缺點，可供相關煤礦在選擇瓦斯抽采管路安裝工程方法時借鑒參考。

瓦斯抽放；管道安裝；比較分析

通往地面的瓦斯抽采管道是整個礦井瓦斯抽采系統(tǒng)的重要組成部分，其施工方法的選取對整個瓦斯抽采系統(tǒng)工程影響較大[1-2]。目前大口徑瓦斯抽采管道豎井安裝工程施工主要有兩種方式。第一種為先施工管道豎井，然后在管道豎井中安裝瓦斯抽采管道，簡稱鉆井下管。第二種安裝方式是利用回風豎井，將瓦斯抽采管道吊裝在井筒內(nèi)，簡稱借井下管。通過對山西三元煤業(yè)（以下簡稱三元煤礦）和長治三元中能煤業(yè)（以下簡稱中能煤礦）兩對礦井兩種不同瓦斯抽采管道安裝施工工程實踐結(jié)果分析研究，指出兩種不同施工方法的優(yōu)缺點，以便類似礦井根據(jù)自身條件參考使用。

1　工程概況

三元煤礦井田面積22.937 1 km2，批準開采3號煤層，生產(chǎn)規(guī)模為220萬t/a，回風立井直徑為5.0 m，井深447 m，井筒內(nèi)安裝有梯子間，梯子間層間距為6 m。2012年由瓦斯礦井轉(zhuǎn)為高瓦斯礦井，按照《瓦斯抽采設計》要求，需安裝630 mm瓦斯抽放管道兩趟。

中能煤礦井田面積40.812 3 km2，批準開采3號煤層，建設規(guī)模為240萬t/a，回風立井直徑為5.0 m，井深447 m，井筒內(nèi)安裝有梯子間，梯子間層間距為6 m。2013年由瓦斯礦井轉(zhuǎn)為高瓦斯礦井，按照《瓦斯抽采設計》要求，需安裝630 mm瓦斯抽放管道兩趟。兩對礦井條件類似。

2　瓦斯抽放管道施工方法與工藝

2.1三元煤礦瓦斯抽放管道施工方法與工藝

三元煤礦采用在回風立井附近單獨施工大口徑瓦斯抽采管安裝豎井，其中井深0.00 m~1.20 m，孔徑2 000 mm，下入直徑1 700 mm×12 mm孔口管，下深1.20 m；井深1.20 m~240.43 m，孔徑1 350 mm，下入直徑1 020 mm×14 mm技術(shù)套管，下深240.00 m；井深240.43 m~338.00 m，孔徑980 mm，下入直徑820 mm×15 mm技術(shù)套管，下深322.00 m。

三元煤礦施工設備為TSJ2600/660型鉆機，TBW-850/5型泥漿泵，K-135型鉆塔。鉆井液為清水及化學泥漿。正常鉆進時泥漿成分為腐植酸鉀（KHA）2%，復合離子型聚丙烯酸（PAC141）1%；堵漏泥漿成分為聚丙烯酸胺（PAM）3‰，純堿5‰，粘土5%，鋸木屑2%，

三元煤礦瓦斯抽放管道施工工序較多，施工工藝較復雜。施工工藝過程如下：開挖井口→打?qū)蚩住侣鷶U孔→下套管→固井。擴孔需要三次擴孔才能達到設計規(guī)定要求。主要工序及技術(shù)參數(shù)如下：

1）鉆孔及測斜。鉆進過程中采用先打?qū)蚩缀髷U孔的施工工藝，導向孔最大孔斜為0.7°，對應井段75.0 m~125.0 m，終孔孔斜為0.3°。孔底偏移距離為1.32 m，符合要求。

2）套管下放及焊接。由于井管的重量大，下管時要采用浮力下管的方法，為了保證井管的安全下入，下管時要向井管內(nèi)注入鉆井液，保持井管內(nèi)外壓力平衡，使井管安全順利的下入設計位置。套管采用直接對焊連接，利用管口對接扶正環(huán)，保證管口合縫、同心。

2.2中能煤礦瓦斯抽放管道施工方法與工藝

井筒裝備非標件制作在井筒管道安裝前加工完畢。在施工過程中，每一階段結(jié)束后由甲方組織有關人員進行驗收。井筒設置3道卡線梁，大線用卡線板固定在大線梁上，大線梁焊在托架上，托架用錨桿固定在井壁上。離井口3 m處進行第一道大線梁布置，然后大線下放，每隔200 m處進行大線梁安裝并卡固大線。在卡線時考慮到井筒風流和淋水影響，采用重錘放入水桶的方法，每層投點卡線必須嚴格校對各部分尺寸，在保證各尺寸準確無誤后方可最后卡線定位。

標高以井底馬頭門標高點為安裝依據(jù)，安裝時用鋼尺分段測量。在地面上將支撐梁按大線尺寸在梁上分中作為記號，下放到安裝位置后，放置在托架上，根據(jù)大線位置用水平尺對大梁找正，用螺栓將其與托架固定。管子支撐梁在地面進行檢查，根據(jù)設計位置，在梁上做好井筒中心線及管路位置標記，由專人負責重復核對，檢查無誤后，在梁上編號，安裝時按號下井。用絞車下放大梁，兩端棚在托架上，操平找正，使梁上的標記與大線的尺寸相吻合。梁的操平可在梁與托架間墊經(jīng)過防腐的鐵墊板，墊板尺寸不小于梁與托架的接觸面。每組墊板不得超過3層，保證梁的水平度偏差不大于3‰。梁與托架按設計的方法固定。

管路均用300 t主鉤頭下放到封口盤上。在封口盤的作業(yè)平臺上組對，組對完畢后，打開管道夾制器，將管道送入井筒內(nèi)，以此方法直至管道落底。當管路下放到位后用管卡固定在管子支撐梁上。安裝后其直線度和垂直度必須符合規(guī)范要求，法蘭連接縫要均勻、緊固，管路防腐損壞部分要進行二次防腐。

本工程采取由上而下的安裝方式進行吊裝，由設置在井口地面上的300 t吊車作為垂直運輸工具。高低負壓管道分別入井，入井管道要嚴格按預制編號順序下井。井筒內(nèi)每隔24 m設一個觀察點，全程監(jiān)控管道運輸過程，工作人員用礦用對講機隨時連絡。

在井筒立管安裝前，先將下導向管安裝在井底基礎承臺上的定位板上，用風炮緊固所有螺栓。安裝完畢后，用激光定向儀、紅外水準儀校正下導向管上口法蘭的垂直度和水平度。下導向管穩(wěn)固示意圖，見圖1。

圖1　下導向管穩(wěn)固示意圖

在支撐梁入井前，先把吊箱吊放在安裝基層上，用第一道安全鎖與梯子間橫梁鎖住，再將第二道安全鎖和安全備繩與上一節(jié)梯子間橫梁鎖住，以確保吊箱的平穩(wěn)和安全。吊箱安置好后，松開絞車吊鉤。當支撐梁運送到安裝點后，工作人員系好安全帶和安全備繩，進入吊箱作業(yè)，該層工作結(jié)束后，人員退出吊箱，將吊箱的吊環(huán)掛在絞車吊鉤上，同時松開各鎖點，起動絞車，把吊箱吊至下一安裝點，重復鎖固作業(yè)。

為分散井筒立管的重力，本工程設計在井筒內(nèi)-250 m以上放置兩組支撐梁，在管道吊裝完畢后，在管道上分別安裝一個支撐座，穩(wěn)固在支撐梁上，井筒內(nèi)管道穩(wěn)固示意圖，見圖2。

圖2　井筒內(nèi)管道穩(wěn)固示意圖

3　施工方法比較分析

通過對三元煤礦和中能煤礦大口徑瓦斯抽采管道安裝工程施工方法的分析，可知三元煤礦瓦斯抽采管道安裝工程是先施工管道豎井，然后在管道豎井中安裝瓦斯抽采管道，而中能煤礦是利用回風豎井，將瓦斯抽采管道吊裝在其井筒內(nèi)。對兩種施工方法進行比較分析研究，各自優(yōu)缺點如下：

1）中能煤礦瓦斯抽采管道安裝工程施工期短，在回風井筒內(nèi)安裝瓦斯抽采管路只需45 d左右，而三元煤礦鉆井下管施工需要90 d左右；回風井筒內(nèi)安裝瓦斯抽采管路在施工過程比鉆井下管碰到不可預見的情況少，能夠保障按工期完工。

2）三元煤礦施工過程基本不影響礦井正常通風，中能煤礦瓦斯抽采管道安裝工程對礦井正常供風雖有影響，但停風時間不長，只需風井停二次風，一次是在拆除防爆蓋、掛安裝平臺和安裝箱梁時（約4 h~6 h），另一次是拆除安裝平臺和恢復防爆蓋時（約4 h）。

3）在井深基本相同時，中能煤礦瓦斯抽采管道安裝工程成本較低，安裝二套管路的安裝工程費用總計160萬元，而三元鉆井下管每米造價就需要8 000元左右，總造價約715萬元。

4）中能煤業(yè)瓦斯抽采管道安裝工程難度較低，而鉆井下管方法工作量大，出渣多，鉆井下管相對施工工序復雜，工序銜接繁瑣，鉆井下管在鉆孔前要精密測量，稍有誤差就可能會造成嚴重后果。

5）中能煤礦瓦斯抽采管道安裝工程易于維修，而鉆井下管的最后一道工序完工后，就意味著如果豎井瓦斯管道發(fā)生泄漏，是無法維修的，必須廢棄重建；利用回風豎井安裝的瓦斯管道，可借梯子間休息平臺檢查泄漏，確定漏點后可就地處理或?qū)⒐艿览恋孛孢M行維修。進一步減小運行成本。

6）中能煤礦瓦斯抽采管道安裝工程瓦斯抽采管路可回收，在將來如果不需要這二套管路時可以吊起回收利用。

7）中能煤業(yè)回風井安裝兩趟抽采管路，使回風井通風面積略有減小，通風斷面積從19.625 m2減小到19.045 m2，假定安裝前后通風斷面周長和阻力系數(shù)不變，通過風量相同，通風阻力僅增加2.7%。而三元煤礦由于獨立施工管道井不存在此問題。

4　結(jié)束語

通過對中能煤礦和三元煤礦瓦斯抽采管道安裝工程的施工工藝和相關施

工參數(shù)的分析研究，以及對其相關工程經(jīng)濟指標的分析，得出回風豎井安裝瓦斯管路的施工方法，施工工藝簡單，工序較少，施工周期較短，工程量較少，造價低，管路在運行過程中可維護性高，新礦井或新投產(chǎn)礦井建議采用該方法。單獨鉆井下管安裝瓦斯管道施工方法，施工工序復雜，工程量和施工工期較長，鉆井施工中不確定性因素較多，施工難度較大，一次性投資較大，一旦運行中出現(xiàn)問題基本不可維護，老礦井且風機能力不足時建議采用此法。

[1]張昌順.豎井井筒裝備新工藝的研究與應用[J].建井技術(shù)，2009，30（1）：18-19.

[2]韓廣德.中國煤炭工業(yè)鉆探工程學[M].北京：煤炭工業(yè)出版社.

（編輯：武曉平）

Comparative Analysis on Pipe Installation and Construction Methods for Gas Drainage in Mines

ZHENG Jinping
(Changzhi Sanyuan ChinaCoal Co.,Ltd.,Changzhi 046600,China)

The installation and construction of vertical pipes which leading to ground in mines are essential for the safety and cost of gas drainage.Based on the construction practice of gas drainage in Changzhi Sanyuan ChinaCoal Co.,Ltd.and Sanyuan Coal Co.,Ltd.,a comparative analysis was conducted in terms of pipe laying and some parameters,including construction progress,cost,techniques,and reliability of pipe installation.The study pointed out the weaknesses and strengths of the two methods, which could be reference to the selection of the installation and construction of the gas drainage pipeline.

gas drainage;pipe installation;comparative analysis

TD712.62

A

1672-5050（2016）02-0040-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.02.013

2015-12-24

鄭金平（1981-），男，山西呂梁人，碩士，工程師，從事煤炭安全生產(chǎn)管理工作。